二步增长型碳酸化联合制碱工艺方法技术

本发明专利技术的二步增长型碳酸化联合制碱工艺方法是对现行联碱生产工艺方法的改革．其特点为在碳酸化工序中使用二氧化炭和碳酸氢铵为原料，采用预碳酸化和增长型碳酸化二阶段顺序进行而完成的二步增长型碳酸化技术；在重碱煅烧工序中采用烟道气进行自钝式沸腾煅烧的技术；在氯化铵结晶工序中采用母液（ＩＩ）进行液力喷射制冷的技术．本发明专利技术的联合制碱工艺方法可广泛适用于小氮肥厂进行联碱生产和现行碱厂的技术改造．（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于连续生产纯碱和氯化铵两种产品的联合制碱工艺方法。纯碱（Na2CO3）的工业生产，目前广泛采用的方法多为氨碱法和联合制碱法，后者简称联碱法，联碱法将氨、碱两大工业联合，以氯化钠、合成氨及生产合成氨的副产物二氧化碳为原料，同时生产纯碱和氯化铵两种产品。我国以联碱法生产的纯碱，产量约占纯碱总产量的一半。联碱法的现行工艺流程（大连化工厂：《联合法生产纯碱和氯化铵》（以下简称《联合法》），石油化学工业出版社1977年版P4～9）可由附图1简要说明。初开工时，饱和食盐卤（NaCl）经吸氨（NH3）后，在碳酸化塔内与送入的二氧化碳（CO2）充分接触和反应，完成碳酸化过程，生成重碱（NaHCO3）和氯化铵（NH4Cl）。重碱晶浆过滤后，得到重碱晶体，将其送入重碱煅烧炉煅烧分解，得到纯碱产品和含二氧化碳的炉气，后者再送回碳酸化塔，作为部分二氧化碳原料的来源，过滤重碱后的含氯化铵母液〔母液（Ⅰ）〕再次吸氨后，成为氨母液（Ⅰ），进入氯化铵冷析结晶器，经冷却降温后，析出部分氯化铵晶体，分离后的清液〔半母液（Ⅱ）〕又进入氯化铵盐析结晶器，加入氯化钠进行盐析。将冷析与盐析得到的氯化铵晶体合并，经稠厚、过滤、干铵，得到氯化铵产品。盐析结晶后的母液〔母液（Ⅱ）〕经吸氨，成为氨母液（Ⅱ），又送入碳酸化塔完成碳酸化过程，实现循环连续生产。生产过程中的氨由合成氨系统供给，二氧化碳由合成氨生产中的弛放气及重碱煅烧炉的炉气提供。联碱法生产具有许多优点，原料的综合利用合理，氯化钠的总利用率可达90%以上，无大量废液排出。但它也存在不少问题，其中设备投资大，生产中母液循环量大，能源消耗大等较突出。-->碳酸化是联碱法中制碱的主要工序，碳酸化塔是现行联碱工艺方法中完成碳酸化过程的主要设备。氨母液（Ⅱ）在碳酸化塔内与二氧化碳完成碳酸化过程的基本反应为由对碳酸化塔内碳酸化过程的研究可知（《联合法》P103～105），碳酸化过程在塔内是分为吸收段，生成段和冷却段三个区段进行的。为使碳酸化过程所得到的重碱能充分结晶析出，必须将碳酸化过程中放出的大量热从塔内移出。因此塔的负荷主要在塔下部的冷却段。在此区段内要吸收二氧化碳总量的50～53%，并有大量重碱晶体沉淀析出。这就使碳酸化塔的结构应能满足气体吸收，结晶生成，冷却降温等过程的要求。为此，碳酸化塔应有足够的高度和容积，有较大的气液接触面积和足够的冷却面积。目前碳酸化塔一般高度为24～26米，直径1.83～2.5米，里边上部为菌帽，下部为菌帽和冷却箱。塔的功能和要求决定了碳酸化塔不能使用易被堵塞的吸收设备，如填料塔，溢流式泡罩塔等（《联合法》P109～113）。国外的设备装置已趋向大型化，碳酸化塔直径已发展到3米，有些国家以筛板代替了菌帽（化学工业部科学技术情报研究所：《化工产品技术经济手册-无机化工原料》P177，1983.11），但对碳酸化塔的功能和要求均未改变。碳酸化塔经过一段时间制碱后，塔壁、菌帽、冷却管上要出现碳酸氢钠结疤，必须定期清洗。因此多采用数个塔（一般3～5个塔）组成塔组，轮流进行制碱和清洗，保证生产能稳定连续进行（《联合法》P113～116）。现在日本有用外循环冷却的碳酸化塔，将碳酸化母液用泵送入列管外冷器冷却，冷却后再进入碳酸化塔底部。一个塔配二台外冷器，交替进行工作和清洗（化工部-->科学技术情报研究所：《化工科技动态》1983.5.3（34）P8）。这虽使塔的结构有所简化，但塔的负荷和结疤清洗问题仍未改变。碳酸化塔本身多功能的要求和复杂结构，以及塔组的使用，使得其设备投资巨大，这是目前阻碍我国制碱业，尤其是小碱业发展的重要原因之一。因为我国大型氮肥厂仅有十几个，而小型氮肥厂却有一千多家。小氮肥厂有限的资金与碳酸化设备巨大投资的矛盾十分突出。另一方面，我国小氮肥厂目前的主要产品是碳酸氢铵（NH4HCO3），产量约占我国目前氮肥总产量的一半，由于其易分解，肥效低，滞销积压严重。现行联碱生产由于工艺方法的原因，无法利用碳酸氢铵作为原料。为解决碳酸氢铵的使用，目前有研究采用单纯复分解方法，以食盐和碳酸氢铵为原料生产重碱和氯化铵，基本反应为用这种方法生产，原料消耗高，质量差，且不能连续生产。生产中二氧化碳与氨的唯一来源是碳酸氢铵，重碱煅烧后炉气中的大量二氧化碳在该生产系统内部无法利用，因此使得碳酸氢铵的消耗量大大增加，原料的综合利用不合理。因此，解决小氮肥厂进行联碱生产，是现行联碱生产工艺方法所面临的任务之一。现行联碱工艺方法中重碱煅烧所使用的设备可分为回转煅烧炉和沸腾煅烧炉两大类。前者采用的是回转设备和外返碱操作，投资大，流程复杂，生产强度低。沸腾床技术在现代工业中已在煅烧和干燥方面广泛采用。用中压蒸汽作为载热体和沸腾气的沸腾煅烧技术在制碱业中已有采用，它有许多优点，如：是静止设备，易维护，流程简化，均一性好，生产强度大等，但主要问题是蒸汽消耗量大，热效率不高，需要中压锅炉等设备（《联合法》P173～180）。使用燃气或燃-->油充分燃烧后的清洁烟道气作为载热体和沸腾气的自钝式沸腾技术，在干燥和煅烧方面已为其它领域采用，它具有许多蒸汽沸腾技术所不可及的优点，但在联碱生产的重碱煅烧却未能采用。原因是煅烧时，由于烟道气中大量存在的空气（主要是氮气），使煅烧炉炉气中高浓度的二氧化碳被稀释，由“浓气”变为“淡气”。煅烧炉炉气中的二氧化碳在返回碳酸化塔作为原料使用时，现行工艺方法的碳酸化过程必须要求有含二氧化碳大于85%的“浓气”参与，而用自钝式沸腾煅烧后的“淡气”含二氧化碳仅30～40%，不能达到要求。若用加高压后的炉气进行碳酸化，除对碳酸化塔、管道、泵、阀门等设备的强度、密封要求更高，还要解决动力消耗很高的压缩功的回收。另一方面，将“淡气”加压后送入碳酸化塔进行碳酸化，氨母液（Ⅱ）在与炉气接触和反应时，会因炉气中大量氮气的存在和很高的压力而发生过于激烈的冲击和碰撞，很难形成大颗粒的重碱。这也是现行工艺方法在碳酸化过程中要将“浓气”与“淡气”分开，分别自碳酸化塔的底部与中部通入塔内的原因（《联合法》P107）。现行联碱工艺方法氯化铵结晶工序中冷析阶段采用的冷却降温手段，常用的有冰机制冷和蒸汽喷射制冷。国内联碱生产目前除个别厂用蒸汽喷射制冷，广泛采用的是冰机制冷。冰机制冷虽技术成熟，生产稳定可靠，但设备复杂，投资大，有结疤和清洗问题，生产能力有限（《联合法》P228，286～287）。蒸汽喷射制冷是利用被冷却母液在真空环境中绝热蒸发而达到降温目的。蒸发出的水、氨和二氧化碳随喷射的蒸汽带走，经冷凝，处理后，氨和二氧化碳回收利用。蒸汽喷射制冷的设备结构简单，可消除或减轻设备器壁的结疤，维护费用低，生产能力大，但操作费用高，蒸汽及冷却水消耗量大，氨循-->环当量及氨耗均较高（《联合法》P302～305）。进一步降低蒸汽、冷却水和氨的耗量是待解决的重要课题。近年来日本有用氟利昂-12直接与母液接触，靠氟利昂蒸发而使母液降温进行氯化铵冷析，优点是效率高，不使用外冷设备（化工部科学技术情报研究所：《化工科技动态》1983.5.3（34）P7），但氟利昂价格贵，为使其能循环使用，还需一套回收、压缩、液化等附属设备。鉴于上述原因，国内联碱生产目前仍广泛采用冰机制冷技术。本专利技术的目的，就是对本文档来自技高网...

【技术保护点】
有碳酸化，重碱煅烧；氯化铵结晶工序在内的生产纯碱和氯化铵的联合制碱工艺方法，其特征为碳酸化工序采用预碳酸化和增长型碳酸化二阶段顺序进行而完成的二步增长型碳酸化技术，其中在预碳酸化阶段用重碱煅烧炉的炉气完成一半量的碳酸化过程，在增长型碳酸化阶段用加入的碳酸氢铵完成其余的碳酸化过程。

【技术特征摘要】
1、有碳酸化，重碱煅烧。氯化铵结晶工序在内的生产纯碱和氯化铵的联合制碱工艺方法，其特征为碳酸化工序采用预碳酸化和增长型碳酸化二阶段顺序进行而完成的二步增长型碳酸化技术，其中在预碳酸化阶段用重碱煅烧炉的炉气完成一半量的碳酸化过程，在增长型碳酸化阶段用加入的碳酸氢铵完成其余的碳酸化过程。2、据权利要求1所述的工艺方法，其特征为采用以湍球塔为预碳酸化塔，在其中用重碱煅烧炉的炉气进行预碳酸化和在增长型结晶器内用加入的碳酸氢铵进行增长型碳酸化的技术。3、据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕高，
申请(专利权)人：吕高，
类型：发明
国别省市：51[中国|四川]